基于單片機(jī)的電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）點(diǎn)亮顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方法。所謂靜態(tài)顯示，就是顯示某一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止，比如七段顯示器a、b、c、d、e、f導(dǎo)通，g截止，顯示0。所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器（掃描），對(duì)于顯示器的每一位而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。在同一時(shí)刻只有一位顯示器在工作（點(diǎn)亮），利用人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管熄滅時(shí)的余輝效應(yīng)，看到的卻是多個(gè)字符“同時(shí)”顯示。由于AT89S52的強(qiáng)大功能，所以本設(shè)計(jì)選用靜態(tài)顯示方法點(diǎn)亮顯示器。顯示電路設(shè)計(jì)如圖3-5所示。圖3-5顯示電路3.2.4鍵盤電路設(shè)計(jì)鍵盤是由若干按鍵組成的開(kāi)關(guān)矩陣，是最簡(jiǎn)單的單片機(jī)輸入設(shè)備，通過(guò)鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，鍵盤電路如圖3-6所示。圖3-6鍵盤電路按鍵掃描原理：假設(shè)掃描線為P0.4、P0.5、P0.6返回線為P3.2、P3.3，掃描順序?yàn)镻0.4到P0.6，當(dāng)P0.4置零時(shí)，單片機(jī)讀取返回線P3.2和P3.3的狀態(tài)，如果全為1則沒(méi)有按鍵按下，如果P3.2為零，則表明FOR/REW按鍵按下，進(jìn)入相應(yīng)的處理程序；如果P3.3為零，則表面ON/OFF鍵按下，進(jìn)入相應(yīng)的處理程序。如果同事按下ON/OFF和FOR/REW鍵，則先處理FOR/REW，再去處理ON/OFF，就是說(shuō)P3.2返回線上的按鍵優(yōu)先權(quán)高于P3.3。P0.4掃描完后，把P0.4置1后在掃描下一行鍵盤，讀取返回線狀態(tài)，判斷是否有鍵按下，如此反復(fù)執(zhí)行。在處理按鍵程序前先去抖動(dòng)，防止因按鍵時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械抖動(dòng)而錯(cuò)誤的重復(fù)執(zhí)行相應(yīng)程序。所有按鍵處理程序都是在等按下的鍵松開(kāi)后才執(zhí)行的。3.3驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)功率放大是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最為重要的部分。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動(dòng)態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流。平均電流越大電動(dòng)機(jī)力矩越大，要達(dá)到平均電流大就需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)盡量克服電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)。因而不同的場(chǎng)合采取不同的驅(qū)動(dòng)方式。本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路采用恒流斬波電路，恒流斬波電路相對(duì)于其他電路的電流過(guò)大，電源利用率過(guò)低，高頻相應(yīng)差等缺點(diǎn)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但電路復(fù)雜。驅(qū)動(dòng)電路如圖3-7所示。OPT1為光耦，其陰極與單片機(jī)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制脈沖輸出口相連。Q1和Q4組成開(kāi)關(guān)電路，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)線圈電源的通斷，Q1為驅(qū)動(dòng)三極管，可以加速M(fèi)OS管Q4的開(kāi)關(guān)速度。Q4為大功率MOS管，擔(dān)任開(kāi)關(guān)作用。U2和D4、RP1等組成電壓比較電路，通過(guò)RP1調(diào)整參考電壓，送入電壓比較器的同相輸入端，電動(dòng)機(jī)工作電流通過(guò)限流電阻R17采樣，送入電壓比較器的反向輸入端。當(dāng)電流過(guò)大，在R17上的壓降超過(guò)參考電壓時(shí)，電壓比較器輸出低電平，關(guān)閉U1，使Q1導(dǎo)通，關(guān)斷Q4，電流下降，直到R17的壓降降低到參考電壓以下，重新開(kāi)啟Q4。電流始終穩(wěn)定在一定的值。JP1接步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一相繞組，D1為續(xù)流二極管，目的是當(dāng)Q4關(guān)斷時(shí)，給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的繞組產(chǎn)生的反向自感高壓提供一個(gè)放電回路，保護(hù)Q4。圖3-7驅(qū)動(dòng)電路3.3.1驅(qū)動(dòng)電路仿真在設(shè)計(jì)完成之后，使用MULTISIM2001對(duì)電路進(jìn)行了仿真。以下波形為參考電壓VREF=3V，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制脈沖頻率為3KHZ時(shí)的仿真結(jié)果，如圖3-8、3-9所示。圖3-8步進(jìn)脈沖波形圖圖3-9上波形為比較器輸出波形，下波形為限流電阻電壓波形本章小結(jié)：本章介紹的是本設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)，主要介紹了由AT89S52單片機(jī)、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路所構(gòu)成的最小系統(tǒng)，鍵盤電路和顯示電路。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)單片機(jī)編程并下載到單片機(jī)中，使鍵盤電路、顯示電路、復(fù)位電路等能夠正常的行使其功能，從而使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)，軟件設(shè)計(jì)的質(zhì)量也影響著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。4.1系統(tǒng)的主程序系統(tǒng)的主程序如下：ORG0000HTABLE1:DB00H，7FH，0DFH，0EFH，00HTABLE2:DB00H，7FH，0EFH，0DFH，00HSTEP:MOVR1，#6HLOOP1:JNBP1.6，POSJNBP1.7，NEGAJMPLOOP1POS:MOVDPTR，@#TABLE1LOOP2:MOVXA@DPTRMOVP1，AINCDPTRACALLDELAYDJNZR6，LOOP2AJMPSTEPNEG:MOVXDPTR，#TABLE2AJMPLOOP2DELAY:MOVR2，#80HLOOP4:MOVR，#FFHLOOP3:DECAJZLOOP2DJNZR2，LOOP4END以上程序能夠完成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在三種工作方式下的正反轉(zhuǎn)的精確控制，同時(shí)其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能也不錯(cuò)。4.2系統(tǒng)的主流程圖系統(tǒng)復(fù)位過(guò)后，先經(jīng)過(guò)必要的參數(shù)初始化后，便進(jìn)入按鍵查詢，等待操作，當(dāng)有按鍵按下后，程序遍調(diào)用相應(yīng)的子程序運(yùn)行。如圖4-1：圖4-1主流程圖系統(tǒng)初始化即對(duì)相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行初始化，包括系統(tǒng)上電默認(rèn)運(yùn)行參數(shù)設(shè)定、系統(tǒng)各指針復(fù)位、中斷設(shè)定、定時(shí)器設(shè)定、堆棧設(shè)定、變量初始值載入等。如圖4-2：圖4-2系統(tǒng)初始化流程圖系統(tǒng)在三相六拍工作方式下的流程圖如圖4-3所示：圖4-3三相六拍工作方式流程圖系統(tǒng)在雙相三拍工作方式下的流程圖如圖4-4所示：圖4-4雙相三拍工作方式流程圖5總結(jié)與展望本設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)編程，完成了對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的三種工作方式的正反轉(zhuǎn)，加減速的控制。加入顯示和鍵盤，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制簡(jiǎn)單化，明了化。本設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力，查閱了大量資料，理論上真實(shí)可行，達(dá)到了預(yù)期的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)由于設(shè)計(jì)原因，實(shí)際應(yīng)用有一定的范圍性，只適用于小功率的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。但由于采用AT89S52單片機(jī)，很多原件都集成在單片機(jī)上，外圍電路簡(jiǎn)介，且指令方便，且隨時(shí)更改，因此實(shí)用性很高。通過(guò)本設(shè)計(jì)的研究，充分證明了單片機(jī)在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制方面具有經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、方便等諸多優(yōu)越性。但由于作者能力有限，不能更好的開(kāi)發(fā)出單片機(jī)在控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)方面的更多潛能，但相信隨著科技的發(fā)展以及研究人員的努力，將來(lái)在單片機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)方面將會(huì)開(kāi)發(fā)出更加完善的系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)[1]余世超，高志，邵鵬.基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[A].煤礦機(jī)械，第31卷，第05期：1.[2]王盈步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)及動(dòng)態(tài)性能仿真[D]，大連交通大學(xué)碩士論文2007[3]徐益民步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]，煤礦機(jī)械，2005[4]李國(guó)厚步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]煤礦機(jī)械2008.29卷第2期[5]王鴻鈺，步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)入門[M]，同濟(jì)大學(xué)出版社，1990[6]楊渝欽.控制電機(jī)[M]機(jī)械工業(yè)出版社.1993[7]王宗培，孔昌平，李楚武.步進(jìn)電機(jī)及其控制系統(tǒng)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.1984[8]盛超等基于AT89c2051的混合式兩相步進(jìn)電機(jī)控制器[J]，電氣應(yīng)用第24卷第1期2005[9]葉佩青等，數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展策略[l]，機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，1997[10]王隆太，先進(jìn)制造技術(shù)介紹[J]，機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，1997.[11]蔡惟錚等常用電子元件簡(jiǎn)明手冊(cè)[M]哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社1989[12]童本敏等標(biāo)準(zhǔn)集成電路數(shù)據(jù)手冊(cè)[M]電子工業(yè)出版社1991[13]吳金戌沈慶陽(yáng)郭庭吉8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用[M]清華大學(xué)出版社2002[14]沈新群等MCS-51系列單片機(jī)系統(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